SERI OSN : 33

Berikut ini merupakan beberapa potongan soal yang saya kutip dari soal  yang diselenggaran POSI, Minggu 18 Mei 2024 di Kampus UNPRI Medan. Kebetulan ajang lomba olimpiade Fisika tersebut diikuti oleh murid private les saya yang bernama Thomas Sidik, siswa kelas X SMA Methodist 2 Medan.

 

Adapun soal yang saya bagikan, tidak seluruhnya saya bahas, melainkan beberapa saja. Semoga pengalaman berbagi ini dapat memberikan kebahagian bersama.

 

Soal : 1

Perhatikan gambar di bawah ini.

  

Sebuah bola bermassa m mulanya berada di ujung lintasan miring (titik A) dengan kemiringan α = 30⁰. Bidang miring tersebut kasar dengan koefisien gesek kinetis μ_k = 0,4. Benda dilepas tanpa kecepatan awal dan kemudian sampai ke lintasan horizontal yang juga kasar, namun dengan koefisien gesek kinetis μ_k = 0,3. Berapakah perbandingan R/L, jika kecepatan benda ketika sampai di titik C adalah 0,3 kali kecepatan benda di B ?

A.  0,4366                     D. 0,7366

B.  0,5366                     E. 0,8366

C.  0,6366

 

Pembahasan :

 

Tinjau saat bola menuruni bidang miring A – B.

 

Substitusikan nilai pers (1) ke pers (2).

Rusa kiri dan kanan kita bagi dengan m, sehingga kita akan memperoleh persamaan (3).

Tinjau lintasan miring (s) yang dilalui bola saat menuruni bidang miringnya.

Saat menuruni bidang miringnya, bola mengalami gerak GLBB positip.

Oleh karena bola pada awalnya (di titik A) tidak memiliki kecepatan awal (v_A = 0).

Tinjau lintasan bola dari B – C :

Dari soal disebutkan V_C = 0,3V_B dan koefisien kinetisnya μ_k = 0,3. Dan sepanjang lintasan, gaya yang bekerja hanya gaya gesek kinetisnya saja.

 

Nilai V_B² kita ambil dari pers (4) lalu substitusikan ke dalam pers (5).

 

Kunci : B

 

Soal : 2

Perhatikan kembali soal No.1 di atas.

 

Jika sekarang lintasan bidang miring adalah licin, namun lintasan BC adalah kasar dengan koefisien gesek kinetis 0,3. Maka tentukanlah nilai L apabila benda lepas kontak pada lintasan CD yang berbentuk setengah lingkaran berjari – jari R (yang licin) ketika membentuk sudut θ = 60⁰ terhadap vertikal ? (nyatakan dalam R dan ambil g = 10 m/s²)

  

 

Pembahasan :

 

perhatikan gambar pembahasan di bawah ini,

 

 

 

 

 

 

 

 

Bola menuruni bidang miring AB tanpa mengalami gesekan (μ_k = 0). Maka bola dianggap melakukan gerak jatuh bebas (GJB). Sehinga bola mengalami perubahan energi mekanik.

Saat bola bergerak sepanjang lintasan datar BC,

Selanjutnya kita tinjau lintasan C – D.

Tinggi yang dicapai bola, pada posisi D dan bola jatuh ke bawah (v_D = 0).

perubahan energi yang terjadi dari titik C ke D.

 

 

Kunci : D

Soal : 3

Sebuah benda dengan massa m = 2 kg digantung dengan pegas berkonstanta K = 200 N/m. Benda tersebut berada di dalam bus yang mulanya diam. Bus kemudian dipercepat dengan percepatan konstanta a = 4 m/s². Sebagai akibatnya benda mulai tersimpangkan dan membentuk sudut. Jika benda tidak bergerak terhadap bus dan nilai percepatan gravitasi adalah g = 10 m/s². Maka tentukanlah panjang akhir pegas tersebut ketika ia sedang setimbang terhadap bus yang sedang bergerak tersebut. (ambil panjang pegas ketika terelaksasi adalah 30 cm).

A.   30,77 cm          D. 47,77 cm

B.   37,77 cm          E. 40,77 cm

C.   35,77 cm

 

Soal : 4

Suatu mobil (dengan massa 1000 kg) mulanya memiliki kecepatan awal v₀ = 20 m/s. Mobil tersebut kemudian memasuki daerah berbatu sehingga ia harus mengurangi kecepatannya. Diketahui perubahan kecepatan mobil tersebut sebagai fungsi waktu :

 

Yang mana t dalam sekon. Jika kecepatan mobil ketika keluar dari daerah berbatu menjadi 5 m/s, maka tentukanlah panjang lintasan daerah berbatu tersebut.

A.   100 ln 3 meter

B.   100 ln 4 meter

C.   100 ln 5 meter

D.  100 ln 6 meter

E.   100 ln 6/4 meter

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SERI OSN : 32

Dalam kesempatan kali ini, saya akan berbagi pengalaman mementori anak private les. 

Menyiapkan diri untuk mengikuti olimpiade Fisika tingkatan SMA.

 

Daftar isi :

·        Contoh soal dan pembahasan

·        Soal latihan

 

Contoh : 1

Sebuah bola berongga dengan jari – jari R = 0,5 m berputar pada sumbu tegaknya dengan dengan kecepatan sudut ω = 5 rad/s. Sebuah bola kecil berputar bersama – sama dengan bola pada ketinggian R/2 (g = 10 m/s²).

(a)       Berapa nilai terkecil koefisien gesekan agar bola tidak jatuh.

(b)      Hitunglah μ untuk ω = 8 rad/s.

 

Pembahasan :

 

Bagian a)

Agar bola kecil tidak terjatuh ke bawah, maka arah gaya gesek f harus ke atas. Dan arah gaya normal N menuju titik pusat bola besar

 

Tentukan nilai sudut α :

Sehingga jarak AP dapat kita tentukan melalui rumusan AP = r = R sin α. Kemudian tinjau gaya Normal dan gaya gesek yang bekerja pada bola kecil dan bola besar.

 

 

Bola bergerak dalam lintasan (orbit) yang stabil, ΣF_x = 0.

Balok tidak bergerak sepanjang sumbu y, ΣF_y = 0

Kedua persamaan yaitu, persamaan (1) dan persamaan (2) kita eliminasi.

Substitusikan persamaan (3) ke dalam persamaan (2).

Bola tetap bergerak dan tidak jatuh, sehingga :

Kemudian kita substitusikan nilai sin α = ½ √3 ; cos α = ½  ; g = 10 m/s² ; ω = 5 rad/s ; 

R = 0,5 m kedalam persamaan (5).

Bagian b)

Jika ω = 8 rad/s, maka koefisien gesekan μ.

Karena koefisien gesekan bernilai negatif, bola hampir bergerak ke atas.

Contoh : 2

Balok bermassa 1 kg ikut bergerak melingkar pada dinding sebelah dalam sebuah tong yang berpusing dengan koefisien gesek statis 0,4. Jika jari – jari tong 1,0 meter. Kelajuan minimum balok bersama tong agar tidak terjatuh.

 

Pembahasan :

Diagram balok bebas yang menempel pada dinding sebelah dalam tong yang ikut bergerak melingkar bersama dinding tong ditunjukkan pada gambar berikut.

Jadi ada tiga buah gaya yang bekerja pada balok seperti,

·        gaya berat (w), arahnya ke bawah.

·        gaya gesek (f), arahnay ke atas.

·        Gaya normal (N), arahnya ke kiri

Tinjau sumbu y,

Tinjau sumbu x,

Substitusikan persamaan (2) ke dalam persamaan (1).

Soal : 1

Seorang berjalan menuruni sebuah tangga eskalator yang sedang bergerak turun memerlukan waktu satu menit. Jika kecepatan berjalannya dibuat dua kali, maka ia akan memerlukan waktu 40 detik. Berapa waktu yang diperlukan jika orang tersebut berjalan rileks.

 

Soal : 2

Sebuah bola kecil dengan massa m dipasang pada silinder pejal bermassa M dan berjari – jari R menggunakan batang tak bermassa. Lihat gambar di bawah ini.

Bola kecil tersebut berada pada jarak H di atas pusat silinder. Sistem bola – silinder tersebut kemudian diberikan gangguan kecil dari posisi kesetimbangan tak stabil tersebut. Silinder menggelinding tanpa tergelincir/slip. Pada saat bola m menyentuh lantai. Tentukan :

(a)       Kecepatan pusat massa silinder

(b)      Kecepatan bola

 

Soal : 3

Sebuah bandul sederhana panjang tali L berotasi pada bidang horizontal (ayunan konis). 

Jika periode rotasinya T, tentukan besar sudut θ. (nyatakan dalam L, T, dan g).

Soal : 4

Tentukan percepatan masing – masing benda yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Soal : 5

Sebuah sistem ditunjukkan seperti diagram berikut.

Dimana kedua balok bebas bergerak dari keadaan diam tanpa gesekan. Mana yang pertama kali terjadi, balok A akan menyentuh katrol atau balok B akan menumbuk dinding. Abaikan gesekan pada soal.